(57)【要約】【課題】主スイッチング素子のオン・オフ動作が停止しても、その直前の動作状態や出力平滑回路の設定その他の条件によらず、同期整流回路の自己発振現象を速やかに収束・停止させることが可能な、小型のスイッチング電源装置を提供する。【解決手段】カソード端子が転流側スイッチ素子ＴＲ２のゲート端子に接続され、アノード端子がソース端子に接続された第一のダイオードＤＢ６を備える。補助巻線Ｔ１ｃと転流側スイッチ素子ＴＲ２のソース端子との接続点に挿入され、ドレイン端子が補助巻線側Ｔ１ｃの一端に接続され、ソース端子が転流側スイッチ素子ＴＲ２のソース端子側に接続された第三の補助スイッチ素子ＴＲ５を備える。第三の補助スイッチ素子ＴＲ５のゲート・ソース間に、補助パルス発生回路ＤＲＶの出力が接続される。補助巻線Ｔ１ｃと転流側スイッチ素子ＴＲ２のゲート端子との間に接続されたコンデンサＣ２の、電荷の放電経路を形成する放電用抵抗Ｒｇ２を備える。【選択図】図１
2010124613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電源に直列接続され、入力電圧を断続する主スイッチング素子と、前記主スイッチング素子をオン・オフさせる制御パルスを生成する制御回路と、前記主スイッチング素子と直列に接続され、前記主スイッチング素子の断続によって発生した断続電圧が印加される一次巻線が設けられ、さらに前記断続電圧を変圧した交流電圧が発生する二次巻線が設けられた主トランスと、前記二次巻線の出力端のうち、前記主スイッチング素子がオンの期間に低電位側となる一端にドレイン端子が接続され、他の一端にゲート端子接続された整流側スイッチ素子と、前記二次巻線の出力端の他の一端にドレイン端子が接続され、ソース端子が前記整流側スイッチ素子のソース端子に接続された転流側スイッチ素子と、平滑用インダクタと平滑用コンデンサとで成る分圧回路であって、その入力端が前記転流側スイッチ素子のドレイン・ソース間に接続され、前記平滑用コンデンサの両端を出力端とする平滑回路と、前記制御回路が生成する制御パルスがローレベルの期間はローレベルを示し、制御パルスがハイレベルに反転する直前に、可及的に短い時間差をもってハイレベルに反転する補助パルスを発生する補助パルス発生回路と、前記主トランスに設けられた第三の巻線であって、前記主スイッチング素子がオンの期間に低電位側となる一端が、コンデンサを介して前記転流側スイッチ素子のゲート端子に接続され、他の一端が、前記転流側スイッチ素子のソース端子に接続された補助巻線と、ドレイン端子が前記整流側スイッチ素子のゲート端子に接続され、ソース端子が前記整流側スイッチ素子のソース端子に接続された第一の補助スイッチ素子と、カソード端子が前記第一の補助スイッチ素子のゲート端子に接続され、アノード端子が前記転流側スイッチ素子のゲート端子に接続された逆流防止ダイオードと、ドレイン端子が前記第一の補助スイッチ素子のゲート端子に接続され、ソース端子が前記第一の補助スイッチ素子のソース端子に接続され、ゲート端子とソース端子間に前記補助パルス発生回路の出力が接続された第二の補助スイッチ素子と、カソード端子が前記転流側スイッチ素子のゲート端子に接続され、アノード端子が前記転流側スイッチ素子のソース端子に接続された第一のダイオードとを備え、前記主スイッチング素子及び前記整流側スイッチ素子と、前記転流側スイッチ素子とが相補的にオン・オフする同期整流型のスイッチング電源装置において、
前記補助巻線と前記転流側スイッチ素子のソース端子との接続点に挿入され、ドレイン端子が前記補助巻線側の一端に接続され、ソース端子が前記転流側スイッチ素子のソース端子側に接続され、ゲート・ソース間に前記補助パルス発生回路の出力が接続された第三の補助スイッチ素子と、
カソード端子が前記第三の補助スイッチ素子のドレイン端子に接続され、アノード端子が前記第三の補助スイッチ素子のソース端子に接続された第二のダイオードと、
前記補助巻線と前記転流側スイッチ素子のゲート端子との間に接続された前記コンデンサの電荷の放電経路を形成する放電用抵抗とを備えたことを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記逆流防止ダイオードと直列に接続された時定数設定用抵抗と、
ドレイン端子が前記転流用スイッチ素子のゲート端子に接続され、ソース端子が前記転流用スイッチ素子のソース端子に接続され、ゲート端子とソース端子間に前記補助パルス発生回路の出力が接続された第四の補助スイッチ素子とが設けられ、
前記制御回路が前記主スイッチング素子をオン・オフ可能な制御パルスを出力しているとき、前記時定数設定用抵抗は、前記第一の補助スイッチ素子のゲート・ソース間電圧の上昇速度を制限し、前記第一の補助スイッチ素子のオフを継続させることを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記第一のダイオードは、前記第四の補助スイッチ素子内のドレイン・ソース間に形成された寄生ダイオードであることを特徴とする請求項２記載のスイッチング電源装置。
【請求項４】
前記第二のダイオードは、前記第三の補助スイッチ素子内のドレイン・ソース間に形成された寄生ダイオードであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載のスイッチング電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、入力電圧を所望の直流電圧に変換して電子機器に電力供給するスイッチング電源装置に関し、特に、同期整流回路を備えたシングルフォワード方式のスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、スイッチング電源装置では、出力整流回路の損失を低減するため、整流素子として導通抵抗の小さなＮチャネルのＭＯＳ型電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴと称す）等を用い、整流素子を主スイッチング素子と同期をとってオン・オフする同期整流回路が使用されている。
【０００３】
近年、主スイッチング素子を主トランスの一次側に配置し、整流素子を二次側に配置したシングルフォワード方式の絶縁型スイッチング電源装置においても、同期整流回路を用いて、整流素子である整流側スイッチ素子及び転流側スイッチ素子の駆動回路をシンプルに構成したものや、電源停止時に異常動作を防止した駆動回路等が盛り込まれたスイッチング電源装置が盛んに提案されている。
【０００４】
この種のシングルフォワード方式のスイッチング電源装置として、例えば、特許文献１に開示されているように、整流スイッチのドレイン・ゲートをトランスの二次巻線に接続し、転流スイッチのドレインとトランス二次巻線の一端とを接続し、転流スイッチのソースを整流スイッチのソースに接続し、転流スイッチのゲート・ソース間にトランスの三次巻線を接続し、転流スイッチのゲート・ソース間に第一補助スイッチのドレイン・ソースを接続し、この補助スイッチのゲート・ソース間にドライブ回路を接続し、転流スイッチのゲートから三次巻線を介してチャージポンプ用コンデンサを接続し、整流スイッチのゲート・ソース間に第二補助スイッチを設け、この補助スイッチのゲートと転流スイッチのゲートとを接続し、転流スイッチのオン期間に整流スイッチのゲート・ソース間を短絡させ、第二補助スイッチのソース・ドレイン間に第三の補助スイッチのソース・ゲートを接続し、この第三の補助スイッチのドレインを三次巻線に接続してある同期整流駆動回路を備えたスイッチング電源装置がある。
【０００５】
この同期整流駆動回路によれば、一次側の主スイッチがオン・オフ動作する通常動作中は、そのオン時に三次巻線電圧によってチャージポンプ用コンデンサを充電する動作が繰り返し行うが、一次側の主スイッチがオフを継続するとき（例えば、入力電源が遮断されて電源が停止するとき）は、第三の補助スイッチを継続的にオフさせることによって、チャージポンプ用コンデンサを充電する動作が停止する。結果、転流スイッチのゲート・ソース間電圧の低下が早まり、同期整流回路の自己発振現象が継続しにくくなる。
【特許文献１】特開２００７−４９８００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１のスイッチング電源装置の同期整流駆動回路は、一次側の主スイッチのオン・オフ動作が停止する直前の動作状態や出力平滑回路等の定数の設定等の条件よっては、同期整流回路の自己発振現象を速やかに抑制することができない場合があった。
【０００７】
主スイッチがオン・オフする通常動作中、転流側スイッチがオン状態で主スイッチのオフのまま維持されると、転流スイッチは、そのゲート電圧が放電抵抗により放電され、オンからオフへ移行する。オフの直前に出力インダクタの電流が転流スイッチのドレイン端子からソース端子の方向へ流れていた場合、出力インダクタの磁気的作用によって、転流スイッチのドレイン電圧が上昇する。特に、転流スイッチのオフへの変化が急峻なときは、転流スイッチのドレイン電圧は大きなサージを伴って上昇する。一方、第三の補助スイッチのゲートは第二の補助スイッチのドレインに接続され、さらにコンデンサを介して転流スイッチのドレインに接続されている。従って、大きなサージを伴う転流スイッチのドレイン電圧は、第三の補助スイッチのゲート電圧を大きく上昇させ、やがて、ゲートの閾値を超え、第三の補助スイッチがオンする。すると、チャージポンプ用コンデンサへの充電動作が行われ、オフしている転流スイッチに対して次のターン・オンを誘発し、結果、同期整流回路の自己発振現象が継続してしまう場合があった。
【０００８】
この自己発振現象が継続すると、抑制困難な大電流が発生したり、通常のスイッチング周波数よりも低い周波数で主トランスが励磁されるため磁気飽和を起こしたりして、スイッチング電源装置の内部素子を破損させる恐れがあった。
【０００９】
さらに、この自己発振現象は、出力インダクタを小さくするほど発生しやすく、また、スイッチング電源装置の出力端や負荷端に接続される一般的なリップル・リップルノイズ吸収用のコンデンサ容量が大きいほど、自己発振現象が継続しやすい。従って、自己発振現象を回避するため、出力インダクタが大型化したり、負荷に対するノイズ対策等にも一定の制約を与えてしまうという問題があった。
【００１０】
この発明は、上記背景技術に鑑みて成されたものであり、一次側の主スイッチング素子のオン・オフ動作が停止したとき、その直前の動作状態や出力平滑回路の設定その他の条件によらず、同期整流回路の自己発振現象を速やかに収束・停止させることが可能な、小型のスイッチング電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明は、入力電源に直列接続され、入力電圧を断続する主スイッチング素子と、前記主スイッチング素子をオン・オフさせる制御パルスを生成する制御回路と、前記主スイッチング素子と直列に接続され、前記主スイッチング素子の断続によって発生した断続電圧が印加される一次巻線が設けられ、さらに前記断続電圧を変圧した交流電圧が発生する二次巻線が設けられた主トランスと、前記二次巻線の出力端のうち、前記主スイッチング素子がオンの期間に低電位側となる一端にドレイン端子が接続され、他の一端にゲート端子接続された整流側スイッチ素子と、前記二次巻線の出力端の他の一端にドレイン端子が接続され、ソース端子が前記整流側スイッチ素子のソース端子に接続された転流側スイッチ素子と、平滑用インダクタと平滑用コンデンサとで成る分圧回路であって、その入力端が前記転流側スイッチ素子のドレイン・ソース間に接続され、前記平滑用コンデンサの両端を出力端とする平滑回路とを備えたスイッチング電源装置である。さらに、前記制御回路が生成する制御パルスがローレベルの期間はローレベルを示し、制御パルスがハイレベルに反転する直前に、可及的に短い時間差をもってハイレベルに反転する補助パルスを発生する補助パルス発生回路と、前記主トランスに設けられた第三の巻線であって、前記主スイッチング素子がオンの期間に低電位側となる一端が、コンデンサを介して前記転流側スイッチ素子のゲート端子に接続され、他の一端が、前記転流側スイッチ素子のソース端子に接続された補助巻線と、ドレイン端子が前記整流側スイッチ素子のゲート端子に接続され、ソース端子が前記整流側スイッチ素子のソース端子に接続された第一の補助スイッチ素子と、カソード端子が前記第一の補助スイッチ素子のゲート端子に接続され、アノード端子が前記転流側スイッチ素子のゲート端子に接続された逆流防止ダイオードと、ドレイン端子が前記第一の補助スイッチ素子のゲート端子に接続され、ソース端子が前記第一の補助スイッチ素子のソース端子に接続され、ゲート端子とソース端子間に前記補助パルス発生回路の出力が接続された第二の補助スイッチ素子と、カソード端子が前記転流側スイッチ素子のゲート端子に接続され、アノード端子が前記転流側スイッチ素子のソース端子に接続された第一のダイオードとを備え、前記主スイッチング素子及び前記整流側スイッチ素子と、前記転流側スイッチ素子とが相補的にオン・オフする同期整流型のスイッチング電源装置である。そして、前記補助巻線と前記転流側スイッチ素子のソース端子との接続点に挿入され、ドレイン端子が前記補助巻線側の一端に接続され、ソース端子が前記転流側スイッチ素子のソース端子側に接続され、ゲート・ソース間に前記補助パルス発生回路の出力が接続された第三の補助スイッチ素子を備え、カソード端子が前記第三の補助スイッチ素子のドレイン端子に接続され、アノード端子が前記第三の補助スイッチ素子のソース端子に接続された第二のダイオードと、前記補助巻線と前記転流側スイッチ素子のゲート端子との間に接続された前記コンデンサの電荷の放電経路を形成する放電用抵抗とを備えたスイッチング電源装置である。
【００１２】
さらに、前記逆流防止ダイオードと直列に接続された時定数設定用抵抗と、ドレイン端子が前記転流用スイッチ素子のゲート端子に接続され、ソース端子が前記転流用スイッチ素子のソース端子に接続され、ゲート端子とソース端子間に前記補助パルス発生回路の出力が接続された第四の補助スイッチ素子とが設けられ、前記制御回路が前記主スイッチング素子をオン・オフ可能な制御パルスを出力しているとき、前記時定数設定用抵抗は、前記第一の補助スイッチ素子のゲート・ソース間電圧の上昇速度を制限し、前記第一の補助スイッチ素子のオフを継続させるものである。
【００１３】
また、前記第一のダイオードは、前記第四の補助スイッチ素子内のドレイン・ソース間に形成された寄生ダイオードである。前記第二のダイオードは、前記第三の補助スイッチ素子内のドレイン・ソース間に形成された寄生ダイオードである。
【発明の効果】
【００１４】
この発明のスイッチング電源装置によれば、第三の補助スイッチ素子は、ゲート端子が補助パルス発生回路の出力に接続され、補助パルスによって駆動される構成を備えているので、電源停止時等に第三の補助スイッチ素子のオフが確実に維持され、転流側スイッチ素子のゲート端子に接続されたコンデンサへの充電動作が停止する。従って、転流側スイッチ素子のゲート・ソース間電圧の低下が加速され、同期整流回路の自己発振現象を速やかに収束・停止させることができる。
【００１５】
また、転流側スイッチ素子のゲート・ソース間を高速に短絡する第四の補助スイッチ素子を設けた上で、逆流防止ダイオードと直列に時定数設定用抵抗を挿入し、電源の通常動作中は第一の補助スイッチ素子を常にオフ状態とし、電源停止時にのみオン可能な構成とすれば、通常動作中の第一の補助スイッチ素子のターン・オフの遅れに起因する整流側スイッチ素子の動作不良の発生を容易に回避しつつ、電源停止時には第一の補助スイッチ素子がオンすることによって整流側スイッチ素子のターン・オンを抑制し、自己発振現象を速やかに収束・停止させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、この発明の第一の実施形態のスイッチング電源装置１０について、図１、図２に基づいて説明する。スイッチング電源装置１０は、図１の回路図に示すように、直流の入力電源Ｅｉｎの両端に、トランスＴ１の一次巻線Ｔ１ａとＦＥＴである主スイッチング素子ＴＲ０の直列回路が接続されている。さらに、トランスＴ１には、主スイッチング素子ＴＲ０のオン・オフ動作によって一次巻線Ｔ１ａに印加された矩形の断続電圧を変圧した交流電圧が発生する二次巻線Ｔ１ｂが設けられ、その両端には、上記交流電圧を整流する整流側スイッチ素子ＴＲ１と転流側スイッチ素子ＴＲ２が接続されている。整流側スイッチ素子ＴＲ１は、二次巻線Ｔ１ｂの出力端のうち、主スイッチング素子ＴＲ０のオン期間に低電位側となる一端にドレイン端子が接続されている。転流側スイッチ素子ＴＲ２は、二次巻線Ｔ１ｂの出力端の他の一端にドレイン端子が接続され、ソース端子が整流側スイッチ素子ＴＲ１のソース端子に接続されている。さらに、転流側スイッチ素子のドレイン・ソース間に平滑用インダクタＬｏと平滑用コンデンサＣｏの直列回路が接続されている。そして、平滑用コンデンサＣｏの両端には直流の出力電圧Ｖｏｕｔが発生し、負荷ＬＤが接続されて出力電流を供給する。すなわち、スイッチング電源装置１０は、上記のように、電力変換方式がシングルフォワード方式であり、二次側の整流素子としてＦＥＴを用いた構成を備えている。
【００１７】
主スイッチング素子ＴＲ０のゲートには制御回路ＣＯＮが接続され、制御回路ＣＯＮは、制御パルスＶＣＯＮを出力して主スイッチング素子ＴＲ０をオン・オフ制御する。この制御パルスＶＣＯＮは、出力電圧Ｖｏｕｔを所定の電圧値に安定化すべくパルス幅変調された矩形のパルス電圧であり、ハイレベルのときに主スイッチング素子ＴＲ０をオンさせ、ローレベルのときにオフさせることができる。
【００１８】
シングルフォワード方式の整流動作を行うため、整流側スイッチ素子ＴＲ１は主スイッチング素子ＴＲ０とほぼ同位相にオン・オフし、転流側スイッチ素子ＴＲ２を、主スイッチ素子ＴＲ０と相補的にオン・オフするよう駆動する。以下、各スイッチ素子ＴＲ１，ＴＲ２の駆動に関わる回路部分の構成について説明する。
【００１９】
スイッチング電源装置１０は、補助パルス発生回路ＤＲＶを備え、図１に示すように、その入力端は制御回路ＣＯＮに接続され、その出力端は後述する補助スイッチ素子ＴＲ４〜ＴＲ６のゲート・ソース間に接続されている。補助パルス発生回路ＤＲＶは、制御回路ＣＯＮが発生した制御パルスＶＣＯＮを受け、トランス等の絶縁手段を介して、一次側回路から絶縁された補助パルスＶＤＲＶを出力し、後述する補助スイッチ素子ＴＲ４〜ＴＲ６をオン・オフさせる働きをする。補助パルスＶＤＲＶは、制御パルスＶＣＯＮがローレベルの期間はローレベルを示し、また、制御パルスＶＣＯＮがハイレベルに反転する直前に、可及的に短い時間差をもってハイレベルに反転する矩形のパルス電圧である。
【００２０】
整流側スイッチ素子ＴＲ１のゲート端子は、二次巻線Ｔ１ｂの出力端のうち、前記主スイッチング素子がオンの期間に高電位側となる一端に、スピードアップ用のコンデンサＣ１とピーク電流制限用の抵抗Ｒ１の直列回路を介して接続されている。なお、コンデンサＣ１及び抵抗Ｒ１は本発明の基本動作には影響しないため、必要に応じて短絡除去しても構わない。
【００２１】
主トランスＴ１には、第三の巻線である補助巻線Ｔ１ｃが設けられ、主スイッチング素子ＴＲ０がオンの期間に低電位側となる一端が、コンデンサＣ２とサージ電流抑制用の抵抗Ｒ２の直列回路を介して転流側スイッチ素子ＴＲ２のゲート端子に接続され、他の一端は、後述する第三の補助スイッチＴＲ４を介して転流側スイッチ素子ＴＲ２のソース端子に接続されている。なお、この抵抗Ｒ２は本発明の基本動作には影響しない程度の小さな抵抗値であり、必要に応じて短絡除去しても構わない。
【００２２】
整流側スイッチ素子ＴＲ１のゲート・ソース間には、第一の補助スイッチＴＲ３のドレイン端子とソース端子が接続され、さらに、静電気等のノイズ吸収用の抵抗Ｒｇ１が接続されている。なお、この抵抗Ｒｇ１は本発明の基本動作には影響しない程度の大きな抵抗値であり、必要に応じて開放除去しても構わない。
【００２３】
転流用スイッチ素子ＴＲ２のゲート端子から第一の補助スイッチ素子ＴＲ３のゲート端子の向きに、逆流防止ダイオードＤ１と時定数設定用抵抗Ｒ３の直列回路が接続されている。時定数設定用抵抗Ｒ３は、第一の補助スイッチ素子ＴＲ３内のゲート・ソース間に形成された寄生コンデンサＣｇ３を充電する電流の流路にあり、その抵抗値を調整することによって、第一の補助スイッチ素子ＴＲ３のゲート・ソース間電圧Ｖｇ３が上昇する速度を変化させることができる。
【００２４】
第一の補助スイッチ素子ＴＲ３のゲート・ソース間には、第二の補助スイッチ素子ＴＲ４のドレイン端子とソース端子が接続され、さらに、第二の補助スイッチ素子ＴＲ４のゲート・ソース間には、補助パルス発生回路ＤＲＶの出力端が接続されている。
【００２５】
補助巻線Ｔ１ｃと転流側スイッチ素子ＴＲ２のソース端子の間には第三の補助スイッチ素子ＴＲ５が挿入されている。第三の補助スイッチ素子ＴＲ５は、そのドレイン端子が前記補助巻線Ｔ１ｃに接続され、ソース端子が前記転流側スイッチ素子ＴＲ２のソース端子側に接続され、ゲート・ソース間に、補助パルス発生回路ＤＲＶの出力端が接続されている。
【００２６】
転流側スイッチ素子ＴＲ２のゲート・ソース間には、第四の補助スイッチ素子ＴＲ６と、コンデンサＣ２の電荷を放電する経路を形成する放電用抵抗Ｒｇ２が接続されている。第四の補助スイッチ素子ＴＲ６は、ドレイン端子がサージ電流抑制用の抵抗Ｒ４を介して転流用スイッチ素子ＴＲ２のゲート端子に接続され、ソース端子が転流用スイッチ素子ＴＲ２のソース端子に接続されており、ゲート・ソース間に、補助パルス発生回路ＤＲＶの出力端が接続されている。なお、放電用抵抗Ｒｇ２はコンデンサＣ２の放電経路を形成するものであればよく、例えばコンデンサＣ２の両端に接続した抵抗であってもよい。また、抵抗Ｒ４は本発明の基本動作には影響しない程度の小さな抵抗値であり、必要に応じて短絡除去しても構わない。
【００２７】
また、主スイッチング素子ＴＲ０、整流側スイッチ素子ＴＲ１、転流側スイッチ素子ＴＲ２、第一の補助スイッチ素子ＴＲ３、第二の補助スイッチ素子ＴＲ４、第三の補助スイッチ素子ＴＲ５、第四の補助スイッチ素子ＴＲ６は全てＦＥＴであり、個々の素子内には、ソースからドレインの向きに寄生ダイオードＤＢ０，ＤＢ２，ＤＢ３，ＤＢ４，ＤＢ５，ＤＢ６が形成されている。従って、この寄生ダイオードを利用すれば、例えば、寄生ダイオードＤＢ５，ＤＢ６の箇所に、外部から専用ダイオードを付加する手間を省くことができる。なお、寄生ダイオードＤＢ６が本願発明の第一のダイオード、寄生ダイオードＤＢ５が第二のダイオードを指す。
【００２８】
次に、上記の構成を備えたスイッチング電源装置１０の動作を、図２のタイムチャートに基づいて説明する。期間１は、制御回路ＣＯＮが発生する制御パルスＶＣＯＮがハイ／ローレベルを繰り返し、それによって主スイッチング素子ＴＲ１がオン・オフし、スイッチング電源装置１０が通常の電力変換動作を行っている。補助パルス発生回路ＤＲＶは、制御パルスＶＣＯＮがローレベルの期間はローレベルを示し、また、制御パルスＶＣＯＮがハイレベルに反転するよりも僅かな時間だけ早く、ハイレベルに反転する。この僅かな時間差を設けることは、主スイッチング素子ＴＲ０と転流側スイッチ素子ＴＲ２とが同時にオン状態となることを防止する周知の技術である。また、ハイレベルを継続させる時間は、一定の時間以上であれば、さほど厳密に規定する必要はない。このハイレベルを継続させる時間については、後で説明する。
【００２９】
整流側スイッチ素子ＴＲ１のゲート・ソース間電圧Ｖｇ１は、二次巻線Ｔ１ｂに発生する矩形の交流電圧を用いて生成される。従って、整流側スイッチ素子ＴＲ１は、主スイッチング素子ＴＲ０とほぼ同じタイミングで、かつ、同位相でオン・オフする。
【００３０】
一方、転流側スイッチ素子ＴＲ２のゲート・ソース間電圧Ｖｇ２は、ハイレベルからローレベルに反転するタイミングは、補助パルスＶＤＲＶがハイレベルを発生するタイミングに従って決定される。一方、ローレベルからハイレベルに反転するタイミングは、補助巻線Ｔ１ｃに発生する略矩形の電圧がコンデンサＣ２の側に高電位を発生させるタイミング、すなわち、主スイッチング素子ＴＲ０がオンするタイミングに従って決定される。
【００３１】
補助パルスＶＤＲＶがローレベルからハイレベルに反転すると、第四の補助スイッチ素子ＴＲ６がオンし、転流側スイッチ素子ＴＲ４のゲート・ソース間を抵抗Ｒ４を介して短絡する。抵抗Ｒ４は十分小さな抵抗値であるため、ゲート・ソース間電圧Ｖｇ２はごく短時間のうちにローレベルに低下する。
【００３２】
また、補助パルスＶＤＲＶがローレベルからハイレベルに反転すると、第三の補助スイッチ素子ＴＲ５もオンし、補助巻線Ｔ１ｃの一端から転流側スイッチ素子のソース端子の向きの電流を流すこととが可能な状態になる。
【００３３】
また、補助パルスＶＤＲＶがローレベルからハイレベルに反転すると、第二の補助スイッチ素子ＴＲ４もオンし、第一の補助スイッチ素子ＴＲ３のゲート・ソース間電圧Ｖｇ３は、瞬時にローレベルに低下する。
【００３４】
補助パルスＶＤＲＶがローレベルからハイレベルに反転した後、僅かな時間を空けて制御パルスＶＣＯＮがハイレベルに反転し、主スイッチング素子ＴＲ０がオンする。すると、整流側スイッチ素子ＴＲ１のゲート・ソース間電圧Ｖｇ１がハイレベルとなり、整流側スイッチ素子ＴＲ１がオンする。
【００３５】
それと同時に、補助巻線Ｔ１ｃの両端に、第三の補助スイッチ素子ＴＲ５のドレイン端子側を高電位とする電圧が発生する。すると、補助巻線Ｔ１ｃ、第三の補助スイッチ素子ＴＲ５、第四の補助スイッチ素子ＴＲ６または寄生ダイオードＤＢ６、抵抗Ｒ４、抵抗Ｒ２、コンデンサＣ２の経路に電流が流れ、コンデンサＣ２を充電する。充電動作はごく短時間のうちに終了し、コンデンサＣ２の両端には、補助巻線Ｔ１ｃの発生電圧とほぼ等しい電圧であって、転流側スイッチ素子ＴＲ２のゲート端子側を高電位とする電圧が発生する。
【００３６】
なお、上述した補助パルスＶＤＲＶのハイレベルの継続時間は、第三の補助スイッチ素子ＴＲ５のオンした後、少なくともコンデンサＣ２の上記充電動作が終了するまでの間、オン状態が維持されるように設定されている。そして、制御パルスＶＤＶＲのハイレベル時間が経過してローレベルに反転すると、各補助スイッチ素子ＴＲ４，ＴＲ５，ＴＲ６はオフに転じるが、これらがオフに転じたタイミングでその他のスイッチ素子の動作に変化は生じない。例えば、第三の補助スイッチ素子ＴＲ５がオフした場合、図２に示すように、ドレイン・ソース間電圧Ｖｄ５に所定の電圧が誘起するが、その他のスイッチ素子のオン又はオフの状態が反転する変化は起こらない
次に、制御パルスＶＣＯＮがローレベルからハイレベルに反転すると、主スイッチング素子ＴＲ０がオフする。すると、整流側スイッチ素子ＴＲ１のゲート・ソース間電圧Ｖｇ１がローレベルとなり、整流側スイッチ素子ＴＲ１がオフする。
【００３７】
それと同時に、補助巻線Ｔ１ｃの両端には、コンデンサＣ２側を高電位とする電圧が発生する。すると、補助巻線Ｔ１ｃ、コンデンサＣ２、抵抗Ｒ２、転流側スイッチ素子ＴＲ２のゲート・ソース間、寄生ダイオードＤＢ５の経路に電流が流れ、転流側スイッチ素子ＴＲ２は、ゲート・ソース間電圧Ｖｇ２がハイレベルになってオンする。ゲート・ソース間電圧Ｖｇ２は、瞬時に、補助巻線Ｔ１ｃに発生した電圧と、主スイッチング素子ＴＲ０がオンの期間に充電されたコンデンサＣ２の両端電圧とが加算された電圧にまで上昇する。その後、コンデンサＣ２の蓄積電荷が抵抗Ｒｇ２等によって徐々に放電され、ゲート・ソース間電圧Ｖｇ２は緩やかに低下するが、転流側スイッチ素子ＴＲ２のオン状態を継続するのに十分な電圧値を維持している。
【００３８】
なお、上述したように、整流側スイッチ素子ＴＲ１のゲート・ソース間電圧Ｖｇ１は、二次巻線Ｔ１ｂに発生する矩形の交流電圧を用いて生成されており、第一の補助スイッチ素子ＴＲ３は寄与していない。第一の補助スイッチ素子ＴＲ３は、転流側スイッチ素子ＴＲ２のゲート・ソース間電圧Ｖｇ２の上昇に伴い、逆流防止ダイオードＤ１、時定数設定用抵抗Ｒ３の経路で流れる電流によって寄生コンデンサＣｇ３が充電され、ゲート・ソース間電圧Ｖｇ３が上昇する。しかし、時定数設定用抵抗Ｒ３と寄生コンデンサＣｇ３とで定まる時定数は比較的大きな値に設定されており、それによってゲート・ソース間電圧Ｖｇ３の上昇速度が制限されている。従って、ゲート・ソース間電圧Ｖｇ３は、第二の補助スイッチ素子ＴＲ４がオンするまでの間に、第一の補助スイッチ素子ＴＲ３がオン可能なゲート閾値Ｖｔｈ３に達しない。すなわち、期間１の通常動作中は、第一の補助スイッチ素子ＴＲ３はオフ状態を継続し、整流側スイッチ素子ＴＲ１をオフさせる動作に関与しない。
【００３９】
次に、期間２の動作について説明する。期間２は、例えば、スイッチング電源装置１０の入力電源Ｅｉｎの供給が遮断され、制御回路ＣＯＮが制御パルスＶＣＯＮの発生を停止し（ローレベルを継続し）、併せて、補助パルスＶＣＲＶもローレベルを継続する期間である。期間２は、制御パルスＶＣＯＮがハイレベルからローレベルに反転した状態から始まる。転流側スイッチ素子ＴＲ２は、ハイレベルのゲート・ソース間電圧Ｖｇ２が緩やかに放電されて低下を続ける。この間、平滑用インダクタの磁気的作用により、転流側スイッチ素子ＴＲ２に、ドレイン端子からソース端子の方向の大きなドレイン電流Ｉｄ２が流れる。一方、第一の補助スイッチ素子ＴＲ３のゲート・ソース間電圧Ｖｇ３は緩やかに上昇を続け、低下を続けている転流側スイッチ素子ＴＲ２のゲート・ソース間電圧Ｖｇ２に達したところで上昇が止まる。そして、ゲート・ソース間電圧Ｖｇ２がさらに低下しても、逆流防止ダイオードＤ１の働きによって、ゲート・ソース間電圧Ｖｇ２は、その電圧値が保持される。
【００４０】
ゲート・ソース間電圧Ｖｇ２が所定の電圧値まで低下すると、転流側スイッチ素子ＴＲ２はオンからオフに移行する。ここでは、オフの直前に転流側スイッチ素子ＴＲ２のドレイン端子からソース端子の方向へ大きなドレイン電流Ｉｄ２が流れており、かつ、転流側スイッチ素子ＴＲ２による電流の遮断が急峻に行われるので、転流側スイッチ素子ＴＲ２のドレイン・ソース間電圧Ｖｄ２は、平滑用インダクタＬｏの磁気的作用によって大きなサージを伴って急峻に上昇する。そして、このサージを伴う電圧は、コンデンサＣ１と抵抗Ｒ１を介して整流側スイッチ素子ＴＲ１のゲート端子に伝達される。このとき、第一の補助スイッチＴＲ３は、ゲート・ソース間電圧Ｖｇ３が未だ閾値Ｖｔｈ３に達していないのでオフしている。従って、整流側スイッチ素子ＴＲ１のゲート・ソース間電圧Ｖｇ１は容易に上昇し、整流側スイッチ素子ＴＲ１は、オフからオンに移行する。
【００４１】
整流側スイッチ素子ＴＲ１がオンすると、平滑用インダクタＬｏの磁気的作用により、二次巻線Ｔ１ｂ、整流側スイッチ素子ＴＲ１、平滑用コンデンサＣｏの経路に大きな電流が流れ、トランスＴ１を介して一次側に電流を放出する。
【００４２】
また、整流側スイッチ素子ＴＲ１がオンすると、補助巻線Ｔ１ｃの両端に第三の補助スイッチ素子ＴＲ５のドレイン端子側を高電位とする電圧が発生する。しかし、補助パルスＶＤＲＶは停止しているので第三の補助スイッチ素子ＴＲ５はオフを継続し、コンデンサＣ２は、補助巻線Ｔ１ｃによって充電されることはない。
【００４３】
平滑用インダクタＬｏが上記のように電流を放出すると、やがて転流側スイッチ素子ＴＲ２のドレイン・ソース間電圧が低下し、それに伴って、整流側スイッチ素子ＴＲ１は、そのゲート・ソース間電圧Ｖｇ１が低下してオフする。それと同時に、補助巻線Ｔ１ｃの両端には、コンデンサＣ２側を高電位とする電圧が発生する。すると、補助巻線Ｔ１ｃ、コンデンサＣ２、抵抗Ｒ２、転流側スイッチ素子ＴＲ２のゲート・ソース間、寄生ダイオードＤＢ５の経路に電流が流れ、転流側スイッチ素子ＴＲ２は、ゲート・ソース間電圧Ｖｇ２がハイレベルになってオンする。ゲート・ソース間電圧Ｖｇ２は、補助巻線Ｔ１ｃに発生する電圧とコンデンサＣ２の両端電圧とが加算された電圧にまで上昇する。しかし、整流側スイッチ素子ＴＲ１がオフの期間にコンデンサＣ２は再充電されていないので、コンデンサＣ２の両端には低い電圧しか残っておらず、結果、ゲート・ソース間電圧Ｖｇ２は前周期よりも低い電圧値までしか上昇しない。従って、転流側スイッチ素子ＴＲ２に流れるドレイン端子からソース端子の方向のドレイン電流ｉｄ２は、前周期からの増加が抑制される。その後、コンデンサＣ２の蓄積電荷が抵抗Ｒｇ２等によって徐々に放電され、ゲート・ソース間電圧Ｖｇ２は緩やかに下降する。一方、第一の補助スイッチ素子ＴＲ３のゲート・ソース間電圧Ｖｇ３は緩やかに上昇し、第一の補助スイッチ素子ＴＲ３のゲート閾値Ｖｔｈ３を超えて上昇を続け、低下を続ける転流側スイッチ素子ＴＲ２のゲート・ソース間電圧Ｖｇ２に達したところで上昇が止まる。第一の補助スイッチＴＲ３がオンすると、整流側スイッチ素子ＴＲ１のゲート・ソース間は、ほぼ短絡された状態となる。
【００４４】
ゲート・ソース間電圧Ｖｇ２が所定の電圧値まで低下すると、転流側スイッチ素子ＴＲ２はオンからオフに移行する。オフの直前に、転流側スイッチ素子ＴＲ２のドレイン端子からソース端子の方向に流れているドレイン電流Ｉｄ２は、前周期と同様に、まだ大きい。従って、転流側スイッチ素子ＴＲ２のドレイン・ソース間電圧Ｖｄ２は、大きなサージを伴って急峻に上昇する。この大きなサージを伴う電圧は、コンデンサＣ１と抵抗Ｒ１を介して整流側スイッチ素子ＴＲ１のゲート端子に伝達される。しかし、第一の補助スイッチＴＲ３は、ゲート・ソース間電圧Ｖｇ３が閾値Ｖｔｈ３に達してオンしている。従って、整流側スイッチ素子ＴＲ１は、ゲート・ソース間電圧Ｖｇ１は上昇が妨げられるので、オンするも、やや大きな導通抵抗が残る不完全なオンとなる。
【００４５】
上記の自己発振現象が繰り返されると、やがて、整流側スイッチ素子ＴＲ１及び転流側スイッチ素子ＴＲ２のどちらもオン・オフ動作を継続することができなくなり、速やかに自己発振現象が収束・停止する。
【００４６】
次に、本実施形態に係るスイッチング電源装置１０の動作と、本案発明の特徴となる構成を備えない構成のスイッチング電源装置２０の動作とを比較する。比較例のスイッチング電源装置２０は、図３に示すように、この実施形態の特徴的構成である第三の補助スイッチＴＲ５及び寄生ダイオードＤＢ５を備えず、第三の補助スイッチＴＲ５のドレイン端子及びソース端子が各々接続されていた箇所が直結されている。その他の構成は同様であるので、この実施形態のスイッチング電源装置１０と同一符号を付して説明を省略する。
【００４７】
比較例のスイッチング電源装置２０の動作波形を図４に示す。スイッチング電源装置２０は、期間２（制御回路ＣＯＮが制御パルスの発生を停止してローレベルを継続している期間）において、ゲート・ソース間電圧Ｖｇ２が所定の電圧値まで低下して転流側スイッチ素子ＴＲ２がオンからオフに移行し、整流側スイッチ素子ＴＲ１のゲート・ソース間電圧Ｖｇ１の上昇によって整流側スイッチ素子ＴＲ１がオン状態となる。それと同時に、補助巻線Ｔ１ｃの両端には、第三の補助スイッチ素子ＴＲ５のドレイン端子側を高電位とする電圧が発生する。このとき、スイッチング電源装置２０は、第三の補助スイッチ素子ＴＲ５が設けられていないため、補助巻線Ｔ１ｃ、第四の補助スイッチ素子ＴＲ６または寄生ダイオードＤＢ６、抵抗Ｒ４、抵抗Ｒ２、コンデンサＣ２の経路に電流が流れ、コンデンサＣ２を充電する動作が行われてしまう。従って、自己発振現象が発生すると、転流側スイッチ素子ＴＲ２のゲート・ソース間には、補助巻線Ｔ１ｃに発生する電圧と上記の動作で充電されたコンデンサＣ２の両端電圧とが加算された電圧、すなわち、転流側スイッチ素子ＴＲ２の十分なオンを可能にする電圧が繰り返し供給され、ドレイン電流Ｉｄ２の増加が加速する。そして、スイッチング電源装置２０は、内部部品のいずれかが絶対最大定格を超え、やがて破損する。
【００４８】
それに対して、本発明の第一の実施形態のスイッチング電源装置１０は、期間２において、第三の補助スイッチ素子ＴＲ５のオフ動作及び第二のダイオードである寄生ダイオードＤＢ５によって、補助巻線Ｔ１ｃ、第四の補助スイッチ素子ＴＲ６または第一のダイオードである寄生ダイオードＤＢ６、抵抗Ｒ４、抵抗Ｒ２、コンデンサＣ２を通る上記の電流経路を遮断し、コンデンサＣ２の充電動作を停止する。さらに、第一の補助スイッチＴＲ３のオン動作も有効に機能し、たとえ自己発振現象は発生しても、整流側スイッチ素子ＴＲ１及び転流側スイッチ素子ＴＲ２のオン・オフ動作を抑制し、速やかに自己発振現象を収束・停止させることができる。
【００４９】
次に、この発明の第二の実施形態のスイッチング電源装置３０について、図５に基づいて説明する。スイッチング電源装置３０は、第四の補助スイッチＴＲ６（寄生ダイオードＤＢ６を含む）と抵抗Ｒ４が開放除去され、転流側スイッチ素子ＴＲ２のゲート・ソース間に、ソース端子からゲート端子の向きにダイオードＤ２が接続され、さらに時定数設定用抵抗Ｒ３が短絡除去されている点で、スイッチング電源装置１０と構成が異なる。すなわち、スイッチング電源装置１０において、第一の補助スイッチＴＲ３のゲート・ソース間を短絡する第二の補助スイッチ素子ＴＲ４が担う機能と、転流側スイッチ素子ＴＲ２のゲート・ソース間を短絡する第四の補助スイッチＴＲ６が担う機能を、スイッチング電源装置３０では、第二の補助スイッチ素子ＴＲ４に集約させている。さらに、スイッチング電源装置３０では、時定数設定抵抗Ｒ３を短絡除去（又は十分小さな抵抗値にする）ことによって、転流側スイッチ素子ＴＲ２のターン・オフの高速性を維持した構成とし、また、削除された寄生ダイオードＤＢ６が担う機能と同様の機能をダイオードＤ２を付加して担保している。なお、その他の構成は同様であるので、スイッチング電源装置１０と同一符号を付して説明を省略する。
【００５０】
一般的に、小型で安価なＦＥＴは、比較的導通抵抗Ｒｏｎが大きなものが多いが、スイッチング電源装置１０は、そのような一般的なＦＥＴを第一の補助スイッチＴＲ３に用いた場合であっても、整流側スイッチ素子ＴＲ１が意図通りの動作を行えるよう回路が構成されている。従って、ＦＥＴの選択自由度が高い。
【００５１】
一方、スイッチング電源装置３０は、第一の補助スイッチＴＲ３として比較的導通抵抗Ｒｏｎの低いＦＥＴを使用することによって、部品点数の削減を図ることが可能な回路構成を備えている。
【００５２】
スイッチング電源装置３０の場合、通常動作中（図２における期間１に相当）、補助スイッチＴＲ３にターン・オフに遅延が生じると、整流側スイッチ素子ＴＲ１のターン・オンが遅れ、電力変換動作に支障をきたすおそれがあるため、ゲート・ソース間電圧Ｖｇ３のハイレベルのピーク値を低めに制限する設計を行うことが多い。
【００５３】
一方、ＦＥＴには、ゲート・ソース間の印加電圧が低くなると導通抵抗Ｒｏｎが相対的に大きくなるという一般的な性質がある。従って、例えば、補助スイッチＴＲ３の導通抵抗Ｒｏｎが大きすぎると、自己発振現象が生じたときに、整流側スイッチ素子ＴＲ１のゲート・ソース間の短絡が不十分となり、転流側スイッチ素子ＴＲ２のドレイン・ソース間に発生したサージ電圧によってゲート・ソース間電圧Ｖｇ１が上昇し、整流側スイッチ素子ＴＲ１がオンし易くなって自己発振現象の抑制効果が薄れてしまうおそれがある。
【００５４】
従って、スイッチング電源装置３０においては、ゲート・ソース間電圧Ｖｇ３の設定との関係で、ゲート・ソース間の印加電圧が低くても十分に導通抵抗Ｒｏｎが小さいＦＥＴを選択すれば、回路構成を簡素化でき、通常動作中は、第一の補助スイッチ素子ＴＲ３のターン・オフの遅れに起因する整流側スイッチ素子ＴＲ１の動作不良を回避しつつ、電源停止時には、スイッチング電源装置１０と同様の動作を行って、自己発振現象を速やかに収束・停止させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】この発明のスイッチング電源装置の第一の実施形態を示す回路図である。
【図２】第一の実施形態の動作を示すタイムチャートである。
【図３】第一実施形態のスイッチング電源装置の特徴的構成を備えない、比較例のスイッチング電源装置を示す回路図である。
【図４】図３に示す比較例のスイッチング電源装置の動作を示すタイムチャートである。
【図５】この発明のスイッチング電源装置の第二の実施形態を示す回路図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０，２０，３０  スイッチング電源装置
ＣＯＮ  制御回路
Ｃ１，Ｃ２  コンデンサ
Ｃｇ３  寄生コンデンサ
Ｃｏ  平滑用コンデンサ
Ｄ１  逆流防止ダイオード
Ｄ２  ダイオード
ＤＢ１，ＤＢ２，ＤＢ３，ＤＢ４，ＤＢ５，ＤＢ６  寄生ダイオード
ＤＲＶ  補正パルス発生回路
Ｅｉｎ  入力電源
Ｌｏ  平滑用インダクタ
ＬＤ  負荷
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ４  抵抗
Ｒ３  時定数設定用抵抗
Ｒｇ２  放電用抵抗
Ｔ１  主トランス
Ｔ１ａ  一次巻線
Ｔ１ｂ  二時巻線
Ｔ１ｃ  補助巻線
ＴＲ０  主スイッチング素子
ＴＲ１  整流側スイッチ素子
ＴＲ２  転流側スイッチ素子
ＴＲ３  第一の補助スイッチ
ＴＲ４  第二の補助スイッチ
ＴＲ５  第三の補助スイッチ
ＴＲ６  第四の補助スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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